日前，筆者從包頭嘉泰金屬科技有限公司（以下簡稱嘉泰金屬）獲悉，該公司通過自主研制設(shè)備制出國內(nèi)領(lǐng)先的直徑0.05mm鈦合金超細(xì)絲材。

“我們擁有國際上領(lǐng)先的原位自生多元微納復(fù)合強(qiáng)化鈦基復(fù)合材料技術(shù)，已經(jīng)針對航天、航空、核電、醫(yī)療器械、船舶等領(lǐng)域?qū)Ω咝阅芟∮薪饘?、特鋼、金屬基?fù)合材料等方面的迫切需求開展產(chǎn)業(yè)化。目前，我們設(shè)計的鈦合金材料和鈦基復(fù)合材料產(chǎn)能為500噸，已有特種熔煉、等溫鍛造、精密鑄造、超細(xì)絲材加工4條生產(chǎn)線或外協(xié)生產(chǎn)線。”嘉泰金屬技術(shù)負(fù)責(zé)人仝泊濤介紹道。

鈦—產(chǎn)業(yè)高質(zhì)量發(fā)展不可或缺

鈦及鈦合金具有密度小、比強(qiáng)度高、耐腐蝕、高低溫特性好等諸多優(yōu)良特性，并具有形狀記憶、超導(dǎo)、儲氫、生物相容性等獨特功能，小到眼鏡框、心臟和血管支架，大到航空發(fā)動機(jī)葉片，都有鈦的身影。

據(jù)上海交通大學(xué)材料科學(xué)與工程學(xué)院教授、博士生導(dǎo)師呂維潔介紹，鈦被譽(yù)為“宇宙金屬”“航空金屬”和“空間金屬”，還被稱為繼鐵和鋁之后的“第三金屬”，是工程技術(shù)及高科技領(lǐng)域中的關(guān)鍵支撐材料和極為重要的國防戰(zhàn)略金屬材料。當(dāng)前，鈦材用量和鈦工業(yè)發(fā)展水平已經(jīng)成為衡量一個國家綜合國力和發(fā)達(dá)程度的重要標(biāo)志。

近年來，隨著中國化工和海水淡化等領(lǐng)域?qū)︹伈挠昧康募眲≡黾?，以及中國的大飛機(jī)計劃、嫦娥登月計劃、航空發(fā)動機(jī)研發(fā)計劃、核電建設(shè)計劃以及海洋工程等重大工程都對高品質(zhì)鈦材形成了巨大的需求。

“中國的鈦工業(yè)目前還無法滿足上述需求，許多產(chǎn)品還不能批量生產(chǎn)甚至屬于空白，仍然需要大量從國外進(jìn)口。”呂維潔說，面對國家實施重大工程的需要和相關(guān)行業(yè)發(fā)展的產(chǎn)品需求升級，加強(qiáng)國內(nèi)鈦及鈦合金材的研究開發(fā)及產(chǎn)業(yè)化，提升鈦工業(yè)產(chǎn)品質(zhì)量和提高鈦材產(chǎn)品深加工水平，促進(jìn)中國鈦工業(yè)的升級轉(zhuǎn)型是全行業(yè)的重中之重，已成為國民經(jīng)濟(jì)發(fā)展和國防建設(shè)的重大課題，具有重大的戰(zhàn)略地位和作用。

破瓶頸—復(fù)合強(qiáng)化成新方向

由呂維潔創(chuàng)辦的嘉泰公司在國內(nèi)最先能利用普通工藝制備大鑄錠原位自生鈦基復(fù)合材料和開展原位自生鈦基復(fù)合材料應(yīng)用研究的單位。

據(jù)仝泊濤介紹，傳統(tǒng)的鈦合金通過合金化和組織結(jié)構(gòu)優(yōu)化提高其性能已經(jīng)發(fā)展到極致，只有通過復(fù)合強(qiáng)化才能突破傳統(tǒng)鈦合金的窠臼，讓鈦合金在更多領(lǐng)域“大展拳腳”。

呂維潔帶領(lǐng)的科研團(tuán)隊創(chuàng)新性地提出利用多元、多尺度增強(qiáng)體復(fù)合強(qiáng)化提高鈦合金性能的技術(shù)路線，設(shè)計新型原位自生工藝，簡捷、低成本制備了高性能稀土改性鈦基復(fù)合材料，進(jìn)一步優(yōu)化了成分和性能，解決高性能稀土改性鈦合金構(gòu)件的等溫鍛造和精密鑄造的關(guān)鍵成形技術(shù)難題。

“擁有自主知識產(chǎn)權(quán)的原位自生專利技術(shù)，生產(chǎn)的鈦基復(fù)合材料精密鑄件產(chǎn)品，性能提升15%~20%，實現(xiàn)了稀土改性鈦基復(fù)合材料在航天、航空、核電、船舶、高端設(shè)備等領(lǐng)域的規(guī)模化應(yīng)用，滿足國家戰(zhàn)略需求。”呂維潔說道。

產(chǎn)業(yè)化—鈦應(yīng)用實現(xiàn)國有化

由于鈦冶煉和加工技術(shù)難度高、工序流程復(fù)雜，生產(chǎn)工藝設(shè)計需克服許多技術(shù)難點，還得需要許多特殊的冶煉、加工技術(shù)和專用設(shè)備進(jìn)行鈦及鈦合金的冶煉和加工材的制備。

針對稀土改性合金材料等溫鍛造技術(shù)開發(fā)，確保稀土改性鈦合金材料等溫鍛造技術(shù)產(chǎn)業(yè)化目標(biāo)的實現(xiàn)，項目團(tuán)隊采用高溫?zé)釅嚎s塑性變形，緊密圍繞材料基體合金和陶瓷顆粒增強(qiáng)體在塑性變形過程中的熱變形行為，研究顆粒增強(qiáng)稀土增強(qiáng)鈦合金材料高溫變形行為，探索顆粒增強(qiáng)稀土增強(qiáng)鈦合金材料高溫變形工藝和組織的協(xié)調(diào)機(jī)制，確定出合適的等溫鍛造加工窗口。

此外，針對稀土改性鈦合金材料精密鑄造技術(shù)開發(fā)，項目團(tuán)隊采用石墨螺旋形在真空感應(yīng)爐中進(jìn)行復(fù)合材料熔體的流動性研究，分析溫度，增強(qiáng)體種類、含量對稀土改性鈦合金材料流動性的影響規(guī)律，以及稀土改性鈦合金材料的熔體停滯機(jī)制，進(jìn)行物理模擬稀土改性鈦合金材料楔形試樣的充型能力，分析稀土改性鈦合金材料充型過程增強(qiáng)體的作用機(jī)制。

利用有限元分析等新型的計算機(jī)模擬技術(shù)實現(xiàn)等溫鍛造工藝過程控制的模擬仿真，有效設(shè)計等溫鍛造模具和鍛造工藝參數(shù)，高效、低成本地制備出高性能的稀土增強(qiáng)鈦合金材料鍛件，以滿足高性能、高可靠、低成本航空零件的設(shè)計要求，提供可工業(yè)化生產(chǎn)的構(gòu)件。

目前，嘉泰金屬已經(jīng)向航天單位批量提供顆粒增強(qiáng)鈦合金鍛件30多批次，并已在國家關(guān)鍵型號上獲得了批量應(yīng)用，與用戶單位制訂了高強(qiáng)、高模鈦基復(fù)合材料的企業(yè)標(biāo)準(zhǔn)。